Morfogener er signalstoffer i celler som bestemmer hvordan cellene skal utvikle seg slik at organismen får den formen den skal ha. Morfogener bestemmer hva som skal være foran og bak på kroppen, hva som er overside og underside, og hvor lemmer og utvekster skal være. Dette kalles morfogenese. Mønster på sommerfuglvinger og fingeravtrykk hos mennesker er andre eksempler på hva morfogener er med på å utforme.
Fra gresk morphe - form og genos - skape
Morfogener skilles ut av en enkelt celle eller en liten gruppe celler og sprer seg så videre til nabocellene. Slik får man en gradient med ulik konsentrasjon av morfogenet. Cellene nærmest kilden har høyest konsentrasjon, mens cellene lengst unna kilden har lavest konsentrasjon. Hvilken konsentrasjon cellen har og kombinasjonen av ulike morfogener, bestemmer hvilke gener som skal slås på og av (genregulering) og på den måten blir skjebnen til cellene i gradienten forskjellig.
Morfogener er vanligvis proteiner som virker i direkte kontakt mellom celler, men en gradient i kalsiumkonsentrasjon sammen med det kalsiumbindende proteinet kalmodulin kan også fungere som et morfogen.
Oppdagelsen av morfogener er nær knyttet til utviklingsbiologi og studiet av hvordan kroppsorganer, bein, vinger og øyne blir dannet hos bananflue.
Det er et lite antall gener som bestemmer kroppsplan og kroppssegmenter med utvekster. Plasseringen av genene på kromosomene er i samme rekkefølge som kroppssegmentene de styrer i bananflue. De første genene kontrollerer utviklingen i hoderegionen, de i midten bestemmer utviklingen av buken (abdomen) og de siste kontrollerer haleområdet.
Genene kalles Hox-gener og inneholder en karakteristisk del som kalles homeoboks. Homeobokser er felles for dyr, planter, sopp og mange encellete organismer fordi de har en helt sentral rolle i utviklingen organismene. Homeoboksene koder for en viktig del i mange proteiner som gjør at proteinene kan feste seg til DNA-tråden. Proteiner som har denne egenskapen regulere ofte uttrykket av andre gener (genregulering), nesten som av og på-knapper.
HOX-genene finner vi igjen hos pattedyr i samme rekkefølge som hos bananflue, men de er lokalisert på fire forskjellige kromosomer. De grunnleggende mekanismene som gjelder hos bananflue, gjelder også mer avanserte dyr inkludert mennesket, men hos planter er det annerledes.
Hedgehog er navnet på en signalvei i cellene til alle dyr med såkalt bilateral symmetri, det vil si at kroppen er delt i to like sider (speilbilder av hverandre) slik som hos mennesker. Årsaken er at en mutasjon i genet som også heter hedgehog gjør at embryoet hos bananflue, hvor genet ble oppdaget først, minner om et piggsvin (på engelsk hedgehog) fordi det har noe som ligner små pigger. Proteinet som genet er oppskrift for fungerer som et morfogen under utviklingen av embryoet. I pattedyr, inkludert mennesket, kalles genet Sonic hedgehog (Shh), oppkalt etter dataspillfiguren Sonic the hedgehog.
Hedgehog er en signalvei som er bevart under evolusjonen. Den påvirker både hva som er på høyre og venstre side i kroppsplanet til et dyr, og hva som kommer på buksiden og ryggsiden. For eksempel inngår morfogenet hedgehog i utformingen av lemmer på fosteret hos firbeinte dyr (tetrapoder) eller finner hos fisk. Gradienten i morfogenet bestemmer om det skal bli fire, fem eller seks tær eller fingre.
Mus med mutasjon i genet Sonic hedgehog utvikler ikke hjernen, skjelettet, muskelaturen, tarmsystemet og lungene riktig. I mennesker er mutasjoner i Sonic hedgehog assosiert med kreft.
Wingless, som er engelsk for vingeløs, er en annen viktig komponent i utviklingen av kroppsplanet hos dyr. Dette morfogenet er helt sentralt i utviklingen av vinger hos bananflue. Som navnet antyder, vil en flue med mutasjon i genet mangle vinger. Et annet eksempel er bakkroppen hos bananfluer hvor hanner har færre segmenter på bakkroppen enn hunner. Wingless-morfogenet er med på å forklare denne forskjellen (kjønnsdimorfien).
Den engelske matematikeren Alan Turing mente at det var en kjemisk mekanisme som dannet basis for biologiske mønstre, såkalt Turingmønster, for eksempel fargete striper og spiraler i pelsen på dyr, en idé presenter i boka The chemical basis of morphogenesis (Det kjemiske grunnlaget for morfogenese) fra 1952. Biologen Lewis Wolpert studerte gastrulastadiet fra utvikling av befruktede sjøpinnsvinegg og påpekte betydning av posisjon og plassering av celler i utviklingen fra zygote til larve og voksent individ med femtallssymmetri. Wolpert introduserte på 1960-tallet fransk flagg-modellen for en konsentrasjonsgradient med morfogen hvor konsentrasjon og avstand fra produksjonsstedet rød- hvit-blå gir forskjellig cellulær respons. Høy konsentrasjon av morfogen aktiverer «blå gener», lav konsentrasjon skrur på «røde gener».
Den tyske utviklingsbiologen Christiane Nüsslein-Volhard og medarbeidere isolerte det første kjente morfogen kalt bicoid, hvor en gradient i konsentrasjonen av transkripsjonsfaktoren bicoid i syncytialembryo hos bananflue gir posisjonsinformasjon bestemmer hva som skal være foran og bak i utvikling av embryo. Christiane Nüsslein-Volhard fikk sammen med Edward B. Lewis og Eric F. Wieschaus nobelprisen i fysiologi eller medisin i 1995 «for deres oppdagelser vedrørende genetisk kontroll av tidlig embryoutvikling». De studerte utviklingsproesessen hos mutanter av bananflue.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.